[發明專利]基于射流冷卻原理的大口徑地基太陽望遠鏡熱視場光闌冷卻裝置

有效

• 申請號: 201310033119.4
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103149677A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 劉洋毅;顧乃庭;饒長輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B23/00
• 分類號: G02B23/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

1.一種基于射流冷卻原理的大口徑地基太陽望遠鏡熱視場光闌冷卻裝置，其特征在于，該裝置包括進液通道，壓力腔，噴管，射流腔，反射面板和出液通道，其中：

壓力腔與進液管道直接相連，根據具體結構設計的需要，壓力腔能夠是多個相互獨立式，即每個壓力腔僅與一個進液管道相連，也能夠是一個整體式，即一個壓力腔與多個進液管道相連；噴管是由數個口徑較小的通孔組成，位于壓力腔與射流腔之間，其具體數量和分布均根據具體設計的結構、溫控目標，系統的承壓能力綜合決定，但與同一壓力腔相連的噴管總截面積不應大于與該壓力腔相連的進液管總截面積；射流腔是冷卻系統的核心，其腔體形狀將因熱視場光闌反射面不同而變化，但其位于熱視場光闌反射面板背側且盡可能靠近熱源；出液口直接與射流腔相連，均布于射流腔邊緣；該裝置工作過程如下：

首先，低溫冷卻液從各進液管道以一定流速注入壓力腔，其中，壓力腔與一個進液管道和多個噴管相連；對壓力腔，設進液管道總截面積為A1，進液速度為V1，與其相連的多個噴管總截面積為A2，其中，A2＜A1，射流速度為V2；根據流體連續性方程，則V2=V1×A1/A2；由于A2＜A1，則V2＞V1，形成了結構對流體的局部加速效應，形成高速冷卻液，高速冷卻液通過與壓力腔相連的多個噴管直接沖擊位于反射面板背側的射流腔；設高速冷卻液自噴管中出射速度為u_e，噴管直徑為D，冷卻液該溫度下運動學粘度為v，不同下的被沖擊物體表面局部雷諾數Re_D和局部努賽爾數Nu_D，分別滿足方程：

ReD=ueDv---(1)]]>

NuD=hrDλ---(2)]]>

然后，由于反射面板的阻擋，冷卻液向四周散開，形成帖壁射流區，該區域內的局部平均努賽爾數Nu_D表示為以下公式：

(NuD)m=2ReD0.5Pr0.42(1+0.005ReD0.55)0.51-1.1D/r1+0.1(H/D-6)D/rDr---(3)]]>

上式也能夠表示為以r作為特征長度的Nu數的形式，并求得平均對流換熱系數h_m：

hmDλ=(Nur)m=2ReD0.5Pr0.42(1+0.005ReD0.55)0.51-1.1D/r1+0.1(H/D-6)D/rDr---(4)]]>

取定性溫度為(t_w+t_∞)/2，其中，實驗驗證范圍為：

2×10³≤Re_D≤4×10⁵,2≤HD≤12,2.5≤rD≤7.5]]>

通過上式，求得貼壁射流區產生的較高的平均對流換熱系數h_m；該值通常為液體強制對流換熱系數的數倍到數十倍，使得反射面板所吸收的絕大部分太陽輻射熱流q被冷卻液迅速帶走，且不產生較大的溫差；最后，冷卻液通過與射流腔相連的出液通道流出；

利用該裝置并通過上述過程，即能夠實現對大口徑地基太陽望遠鏡熱視場光闌的高效冷卻。